[发明专利]空间冷屏蔽系统分层蓄液制冷装置

说明书

技术领域

本发明涉及空间冷屏蔽相变制冷系统中的分层畜液制冷技术，特别适用于空间冷屏蔽系统中的表面温度控制技术，具体说是高真空微重力环境下相变制冷系统不可缺少的一种空间冷屏蔽系统分层蓄液制冷装置。

背景技术

由于飞行器在起动及稳定飞行过程中具有复杂的气动传热工况，所以冷屏中低温流体处于激烈的相变及多相流动状态并伴随有压力及温度的剧烈变化，如何使液体保持相对稳定，汽液分离、蒸汽有效排出、提高表面换热效率、减小冷蒸汽流动阻力，防止由于制冷剂液体在空间微重力环境下由于表面张力或离心力的作用而导致制冷剂的过度集中所引起的局部地区冷热分布不均、传热条件恶化等现象，防止由于饱和蒸汽或过热蒸汽换热不彻底所造成的表面温度分布不均匀现象等是本领域学者专家目前所面临的关键问题，从而防止由于制冷剂过冷沸腾或过热沸腾过程中产生的汽液两相流问题，从而可应用于空间相变制冷系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是根据开式空间相变制冷过程中冷蒸汽排放的技术特点，提供一种空间冷屏蔽系统分层蓄液制冷装置，用于解决变压、变温、变流量的空间动态制冷过程中的制冷剂的有效贮存所带来的技术难题，提高空间传热效率，提高空间相变制冷效率，实现空间制冷的相对稳定，从而实现空间冷屏蔽系统表面温度的有效控制。

本发明的技术问题采用下述技术方案得到解决：

一种空间冷屏蔽系统分层蓄液制冷装置，包括毛细材料、毛细材料支架、二次扩压进气管路、二次扩压排气管路及扩压器，其特征在于在冷屏外层与冷屏内层之间设有毛细材料支架，所述的毛细材料支架上装有毛细材料，毛细材料按圆环形分割，每一圆环层上部的毛细材料支架上留有出气口。

所述的毛细材料支架与冷屏内层之间设有二次扩压进气管路，二次扩压进气管路出口连接有扩压器，扩压器的出口连接二次扩压排气管路；所述二次扩压进气管路与冷屏内层之间留有间隙。

上述二次扩压进气管路也可以紧贴冷屏外层内表面设置，并纵向穿越毛细材料圆环夹层。

本发明的第二种实施方式为：所述的毛细材料支架上带有环形分层隔板，隔板与冷屏内层连接形成U形蓄液槽，毛细材料填充于U形蓄液槽内。

上述U形蓄液槽的另一种结构方式是：所述的毛细材料支架本身带有环形U形蓄液槽，毛细材料分层安装于支架上蓄液槽内。

上述毛细材料支架与二次扩压进气管路紧密相贴，二次扩压进气管路又与冷屏外层内表面紧密相贴，二次扩压进气管路出口连接有扩压器，扩压器的出口连接二次扩压排气管路。

本发明所述的毛细材料为内外双层复合结构，外层为玻璃棉毛细材料，内层为玄武岩毛细材料，毛细材料厚度介于10mm～20mm之间。

本发明的冷屏外层、冷屏内层、毛细材料支架、二次扩压进气管路均采用铝合金材料制成。

在飞行器加速起动状态下，由于液体的内部压力跟重力加速度的大小有关，同时跟液体的高度有关，液体高度越高，内部的压力就越大，从而在起动过程中会造成液体过冷并快速从外界吸热达到平衡，当瞬间达到失重状态时，制冷剂会产生严重的过热现象，从而导致系统压力急剧增加，压力增大对系统制冷过程的稳定性及管路的安全性有很大的影响，所以对制冷剂做有效的分层处理可以降低制冷剂内部压力，从而有效缓解过冷及过热问题对系统所造成的危害。

本发明特别适用于解决高真空微重力环境下空间冷屏蔽系统中相变制冷的传热问题及表面温度控制问题，其主要作用是利用毛细材料的毛细力提升液体及分层蓄液，使液态制冷剂能够充分接近冷屏外表面，增大传热效率，从而增大液体对表面的冷却作用，防止由于表面张力或离心力的作用而导致制冷剂的过度集中所引起的局部地区冷热分布不均、传热条件恶化等现象；防止由于饱和蒸汽或过热蒸汽换热不彻底所造成的表面温度分布不均匀现象；防止由于制冷剂过冷沸腾或过热沸腾过程中产生的汽液两相流问题，可用于开式制冷系统或闭式制冷系统中制冷剂的存贮问题。此外分层蓄液可以减小饱和蒸汽的流动阻力，进而减小飞行器超重状态起动过程中制冷剂由过冷向过热过程转变时造成的液泛及喷射问题，也可用于解决变压、变温、变流量的空间动态开式制冷过程中低温流体在夹层内的流动排放所带来的技术难题，提高空间传热效率，提高空间相变制冷效率，实现空间制冷的相对稳定。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明第二种实施方式结构示意图；

图3为图1中I的管路内置剖面图；

图4为图1中I的管路在冷屏外层内表面剖面图；

图5为第二种实施方式图1中I的剖面图；